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Der digitale Zwilling: ein künftiges Herzstück der industriellen Produktion

| Autor / Redakteur: Sebastian Deppe / Frauke Finus

Der digitale Zwilling verbindet die reale mit der digitalen Welt. Er schafft für Unternehmen zahlreiche Möglichkeiten, die künftigen Abläufe entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu optimieren.
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Der digitale Zwilling verbindet die reale mit der digitalen Welt. Er schafft für Unternehmen zahlreiche Möglichkeiten, die künftigen Abläufe entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu optimieren. (Bild: ©chesky - stock.adobe.com)

Der digitale Zwilling verbindet die reale mit der digitalen Welt. Das Modell, mit dem ein physisches Produkt virtuell abgebildet wird, schafft für Unternehmen zahlreiche Möglichkeiten, die künftigen Abläufe entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu optimieren – und so die industrielle Produktion sicherer und effizienter zu gestalten. Immer mehr Unternehmen werden künftig auf diese Technologie setzen.

Tausende Industrieanlagen in Fabriken, Kraftwerken, in der Wasserversorgung oder in Kliniken müssen jeden Tag zuverlässig arbeiten. Legt ein Defekt die Produktion oder die Versorgung lahm, wird es teuer. Reparatur und Stillstand durch verschlissene Bauteile bedeuten erhebliche finanzielle Verluste. Ein digitaler Zwilling verhindert ungeplante Ausfälle und soll die industrielle Produktion revolutionieren. „Mit seiner Hilfe werden physische Daten und Informationen, die von tatsächlichen Sensoren in einer Anlage gemessen werden, durch virtuelle Sensoren verarbeitet, erweitert und ergänzt“, erklärt Christof Gebhardt, Leiter des Digital Twin Innovation Lab der Cadfem Group, einem Anbieter von Softwarelösungen aus Grafing bei München. Dabei berücksichtigt der digitale Zwilling die in der Realität auftretenden Lasten in der Softwaresimulation. Durch die gewonnenen Ergebnisse lässt sich der tatsächliche Zustand besser und gezielter bewerten. Der digitale Zwilling ermöglicht es, lebensdauerrelevante Produkteigenschaften zu bewerten, die reale Sensoren kaum messen können, so Gebhardt. „Anhand der detaillierten Simulationsergebnisse können Unternehmen den realen Verschleisszustand und die verbleibende Lebensdauer ihrer Produktionsanlagen individuell bewerten.“

Unternehmen können konkrete Massnahmen daraus ableiten, beispielsweise um Verschleiss rechtzeitig zu diagnostizieren. „Es geht also nicht nur um die Erfassung des Ist-Zustandes, sondern auch darum, was man am Ende tun kann, um die Verfügbarkeit zu sichern, rechtzeitig Wartungsmassnahmen einzuleiten, und zwar zielgerichtet – nicht zu viel und nicht zu wenig –, sondern genau dem Bedarf entsprechend“, sagt Gebhardt. „Das digitale Modell und das physikalische Gegenstück durchleben das Gleiche. Das ist extrem hilfreich für die Industrie, weil mit dem virtuellen Abbild die Fehlerquote deutlich minimiert und damit die Effizienz der Produktion gesteigert wird“, sagt Gebhardt. „Der Umstieg von vorbeugender auf zustandsorientierte Wartung bietet die Chance auf Kosteneinsparungen“, sagt Gebhardt.

Hohe Kosten durch mögliche Produktverluste

Denn am Ende spielt die Optimierung der Kosten für jedes Unternehmen die entscheidende Rolle. In langlebigen Produkten wie Maschinen und Anlagen müssen eine hohe Verfügbarkeit sowie eine zuverlässige Funktion sichergestellt sein – etwa in der Energieversorgung oder in der Lebensmittelindustrie sind sie beispielsweise unverzichtbar. „Es geht darum, Produktionsausfälle zu minimieren und zu verhindern – besonders zu ungünstigen Zeitpunkten“, sagt Gebhardt. „In der Lebensmittelindustrie beispielsweise ist der Aufwand bei Versagen der Anlage riesig. Es entstehen hohe Kosten etwa durch Produktverluste. Wir reden von Summen in Höhe von mehreren zehntausend oder hunderttausend Euro. Es geht um den Verlust von Zeit und Produkt. Beides ist der Treiber aus Business-Sicht, einen digitalen Zwilling zu nutzen.“

Vorteile bieten sich beispielsweise deutschen Maschinenbauern, die ihre Anlagen in die ganze Welt exportieren. Denn in bestimmten Branchen

oder Regionen ist das Nutzungsverhalten bei gleichen Maschinen unterschiedlich. „Der digitale Zwilling kann die Entwicklung dahin treiben, die Produkte auf die konkrete Nutzung und die jeweiligen Rahmenbedingungen wie klimatische Bedingungen abzustimmen. Eine Anlage in Afrika bedarf in der Regel eine andere Auslegung als in Skandinavien.“

Virtuelle Entwicklung von Anlagen

In der Entwicklung von Anlagen sind digitale Modelle laut Gebhardt schon längst etabliert. Die Simulation und Validierung von Produkteigenschaften spielen in der industriellen Entwicklung mittlerweile eine entscheidende Rolle: Bietet die Fahrzeugkarosserie beispielsweise möglichst wenig Luftwiderstand? Funktioniert die Elektronik zuverlässig? Bereits am digitalen Modell lassen sich Komponenten im Bereich Mechanik, Elektronik und ihre Interaktion im Systemverhalten optimieren. „Die Entwicklungszyklen verkürzen sich so deutlich. In Zukunft werden – anstatt mit angenommenen Nutzungsprofilen zu arbeiten – die Felddaten des digitalen Zwillings eine hervorragende Basis für eine Optimierung der nächsten Produktgeneration sein. Alles zusammen führt zu detaillierten Kenntnissen über die tatsächlichen statt die vermuteten Einsatzszenarien“, sagt Gebhardt.

Der digitale Zwilling als tatsächliches Abbild des physischen Produkts ist zwar keine Vision mehr, doch derzeit setzen primär Unternehmen auf die Technologie, die sich als Early Adopter einen Vorsprung erarbeiten wollen. Das wird sich ändern. Laut dem IT-Analyse- und Marktforschungsinstitut Gartner werden bis 2021 die Hälfte der grösseren Industrieunternehmen den digitalen Zwilling als Abbild des physischen Produkts einsetzen und ihre Effektivität so um zehn Prozent steigern können.

Für die Hersteller von Equipment und Anlagen ist der Wunsch der Betreiber nach einem zustandsoptimierten Betrieb die Chance, digitale Zwillinge als Basis für einen digitalen Service zu nutzen. Während Machine Learning – das Verarbeiten von Sensordaten – von verschiedensten Anbietern realisiert werden kann, ist nur der Anbieter des physischen Produkts in der Lage, einen simulationsbasierten digitalen Zwilling auf Basis seines Entwicklungs-Know-hows anzubieten und so über sein physisches Produkt hinaus auch digitale Services für den Betrieb zu monetarisieren. „Mit der zunehmenden Digitalisierung des gesamten Wertschöpfungsprozesses in der Industrie bieten sich für Unternehmen über den Verkauf von Produkten und Anlagen hinaus neue Geschäftsmodelle“, sagt Gebhardt. „Maintenance-as-a-Service, Recommendations-as-a-Service oder Configuration-as-a-Service stellen beispielsweise für Betreiber und Hersteller von Anlagen eine Win-Win-Situation dar.“ Wenn etwa ein Elektrotechnik-Unternehmen wie Phoenix Contact sichere Anlagenverfügbarkeit garantiert, statt Sicherheitstechnik vermarket, dann bietet die genaue Kenntnis über den jeweiligen Zustand und die Lebensdauer des Produkts entscheidende Wettbewerbsvorteile, sagt Gebhardt.

Dieser Beitrag stammt von unserem Partnerportal blechnet.com

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